(57)【要約】  この鋼管杭は、構造物の基礎杭として用いられる鋼管杭であって、内部に空洞を有する円筒形状の基軸鋼管と；内部に空洞を有し、前記基軸鋼管の先端部の内面に設けられ、前記基軸鋼管の先端部から突出するように配置される内周鋼管と；を備え、前記基軸鋼管の内径が前記内周鋼管の内径より大きい。
2011090055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の基礎杭として用いられる鋼管杭であって、
内部に空洞を有する円筒形状の基軸鋼管と；
内部に空洞を有し、前記基軸鋼管の先端部の内面に設けられ、前記基軸鋼管の先端部から突出するように配置される内周鋼管と；
を備え、
前記基軸鋼管の内径が前記内周鋼管の内径より大きいことを特徴とする鋼管杭。
【請求項２】
前記基軸鋼管の外径が、前記内周鋼管の外径より大きいことを特徴とする請求項１に記載の鋼管杭。
【請求項３】
前記基軸鋼管から突出している前記内周鋼管の突出部の長さが、前記基軸鋼管の外径以下であることを特徴とする請求項１に記載の鋼管杭。
【請求項４】
前記内周鋼管が、内径の異なる複数の鋼管で構成され；
前記複数の鋼管が、それぞれの先端部から突出するように配置され；
前記複数の鋼管の内径が、先端側に配置された前記鋼管から前記基軸鋼管側に配置された前記鋼管に向かって大きい；
ことを特徴とする請求項１に記載の鋼管杭。
【請求項５】
前記複数の鋼管の外径が、先端側に配置された前記鋼管から前記基軸鋼管側に配置された前記鋼管に向かって大きいことを特徴とする請求項４に記載の鋼管杭。
【請求項６】
前記内周鋼管の先端部には複数の掘削刃が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鋼管杭。
【請求項７】
内部に空洞を有する円筒状の外周鋼管をさらに備え；
前記外周鋼管が、前記基軸鋼管の外周面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鋼管杭。
【請求項８】
前記基軸鋼管が、前記外周鋼管に対して突出するように配置されていることを特徴とする請求項７に記載の鋼管杭。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建築物や橋梁構造物等の土木建築分野の基礎杭に使用される鋼管杭に関する。特に、打撃・振動工法または回転圧入工法により施工する鋼管杭に関する。
本願は、２０１０年０１月１９日に、日本に出願された特願２０１０−００８８４１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば建築物や橋梁構造物等の土木建築分野の基礎杭に使用される鋼管杭の施工方法としては、打撃・振動工法、回転圧入工法、中掘り工法等が知られている。これら鋼管杭の施工においては、施工時の地盤抵抗を低減し、かつ、施工後に大きな支持力を発揮することが重要である。特に、施工時の地盤抵抗を低減させると、施工荷重が低下するため、比較的小型の施工機械によって施工することが可能となる。また、施工を容易に実施できるため、内部掘削やエア噴射等の補助工法が不要となり、施工期間を短縮化することも可能である。【０００３】
鋼管杭の施工時の地盤抵抗は、杭周面抵抗と杭先端抵抗とに分類される。杭周面抵抗とは、施工時の鋼管杭の外周面と地盤との摩擦力に起因して生じる抵抗力であり、杭打設長が長くなると次第に増加する傾向にある。一方、杭先端抵抗は施工初期段階では鋼管杭の純断面積での支圧抵抗のみであるが、杭打設長が長くなると鋼管杭内部に土砂が侵入し鋼管杭の内周面と地盤との摩擦力が増加する。その結果、最終的に鋼管杭内部に土砂が閉塞した状態に至る。この状態では鋼管杭の全断面積で地盤に抵抗するため、極めて大きな抵抗力が生じることとなる。【０００４】
一般に、打撃・振動工法や回転圧入工法では、鋼管杭を振動させたり、回転させたりすることにより、杭周面の摩擦力を低減させながら施工を行う。杭周面抵抗は鋼管杭の振動・回転により低減させることは可能であるが、杭先端抵抗については、鋼管杭の打撃・振動および回転によっては低減することができない。打撃・振動工法における支持力は、支持層（杭を打設すべき地盤における所定の層）までの打設において徐々に鋼管内の土砂が閉塞することにより確保されることが期待されている。しかしながら、長尺である鋼管杭を用いて施工を行う場合には、鋼管杭が支持層に至る前に鋼管先端が閉塞して高止まりを生じたり、地盤条件によっては所定の支持層まで鋼管杭を打設しても先端閉塞が不十分であるために計画した支持力が発揮できないという問題が発生する。【０００５】
一方、中掘り工法では、鋼管内部に配置した掘削オーガーで地盤を切削・排土しながら鋼管杭を圧入するために、杭周面および杭先端の地盤を緩めることにより杭周面抵抗および杭先端抵抗を低減させることができる。しかし、この中掘り工法では、施工時に地盤を緩めた影響により杭周面摩擦力が小さくなるために、鋼管杭を施工した後の支持力は上記打撃・振動工法や回転圧入工法と比べ一般的に小さいという問題点がある。また、施工した鋼管杭の先端支持力を発揮させるためには、鋼管内の土砂を全て排出・洗浄した後にモルタル等を注入して根固め部を築造する必要がある。【０００６】
杭周面抵抗を低減させるための方法として、例えば非特許文献１には杭の先端に補強バンドを設けることが記載されている。この補強バンドを設けることにより、杭周面抵抗の低減が図られ、杭の打ち込みが容易になる。【０００７】
また、特許文献１および特許文献２には、中掘り工法を対象として、鋼管杭先端に外周鋼管を配置し、施工後の先端根固め部での荷重伝達力を増加させることが可能な鋼管杭の施工法が開示されている。また、特許文献３には外周にスパイラルリブと掘削バイトとを設けた鋼管杭が開示され、特許文献４には内外面に突起を設けた鋼管杭が開示され、特許文献５には先端に掘削ビットを設けた鋼管杭が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】日本国特開昭６２−１７０６１４号公報
【特許文献２】日本国特開平１１−３２３９１９号公報
【特許文献３】日本国特開平６−２５７１４４号公報
【特許文献４】日本国特開平２００６−２０７３２０号公報
【特許文献５】日本国特開平９−２９１５２９号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】道路橋示方書・同解説ＩＶ下部構造編  社団法人日本道路協会４２４頁〜４２７頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、打撃・振動工法や回転圧入工法においては、杭先端抵抗の割合が杭周面抵抗に比べ大きく、上記非特許文献１に記載の補強バンドを設けた鋼管杭では杭先端抵抗の低減には効果を発揮しないため、地盤抵抗の低減が十分に図られない可能性がある。また、同様に、上記特許文献３に記載の鋼管杭を用いた場合も、杭先端抵抗の低減には効果を発揮しないため、地盤抵抗の低減が十分に図られない可能性がある。【００１１】
また、上記特許文献１、２および４に記載の鋼管杭の施工は、中掘り後に根固め部を築造する工法を対象とした発明であり、施工後の根固め部での荷重伝達力の増加には効果を発揮するが、施工性の向上には効果を発揮しない施工である。さらに、上記特許文献５に記載の鋼管杭を用いる場合、回転圧入時の掘削性は向上するが、鋼管杭の先端が閉塞するのを抑制することや支持力の増加には効果を発揮しない鋼管杭である。【００１２】
そこで、本発明は、鋼管杭の施工時に特に先端閉塞の発生を抑制することにより施工荷重を低下し、施工性を向上させると共に、施工後に大きな鉛直支持力を発揮する鋼管杭の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用した。
すなわち、
（１）本発明の一態様に係る鋼管杭は、構造物の基礎杭として用いられる鋼管杭であって、内部に空洞を有する円筒形状の基軸鋼管と；内部に空洞を有し、前記基軸鋼管の先端部の内面に設けられ、前記基軸鋼管の先端部から突出するように配置される内周鋼管と；を備え、前記基軸鋼管の内径が前記内周鋼管の内径より大きい。【００１４】
（２）上記（１）に記載の鋼管杭は、前記基軸鋼管の外径が、前記内周鋼管の外径より大きいことが好ましい。
（３）上記（１）に記載の鋼管杭は、前記基軸鋼管から突出している前記内周鋼管の突出部の長さが、前記基軸鋼管の外径以下であることが好ましい。
（４）上記（１）に記載の鋼管杭は、前記内周鋼管が、内径の異なる複数の鋼管で構成され；前記複数の鋼管が、それぞれの先端部から突出するように配置され；前記複数の鋼管の内径が、先端側に配置された前記鋼管から前記基軸鋼管側に配置された前記鋼管に向かって大きい；ことが好ましい。
（５）上記（４）に記載の鋼管杭は、前記複数の鋼管の外径が、先端側に配置された前記鋼管から前記基軸鋼管側に配置された前記鋼管に向かって大きいことが好ましい。
（６）上記（１）に記載の鋼管杭は、前記内周鋼管の先端部には複数の掘削刃が設けられていることが好ましい。
（７）上記（１）に記載の鋼管杭は、内部に空洞を有する円筒状の外周鋼管をさらに備え；前記外周鋼管が、前記基軸鋼管の外周面に設けられていることが好ましい。
（８）上記（７）に記載の鋼管杭では、前記基軸鋼管が、前記外周鋼管に対して突出するように配置されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
上記（１）に記載の鋼管杭によれば、鋼管杭の施工時に、特に先端が閉塞するのを抑制することにより、施工荷重を低下させ、施工性を向上させると共に、施工後に大きな鉛直支持力を発揮する鋼管杭を提供することができる。即ち、鋼管杭の施工方法である打撃・振動工法または回転圧入方法において、施工時の地盤抵抗、特に、鋼管杭の先端の抵抗を低減し、施工荷重を低減させることにより、小さな施工重機によって施工が可能となる。さらには施工期間の短縮も実現することができ、基礎杭の施工コストの低減が図られる。また、上記（１）に記載の鋼管杭の施工後には、大きな支持力を発揮できることから、例えば建築物や橋梁構造物等の基礎杭に用いる鋼管杭の寸法の縮小が図られるとともに、使用する鋼管杭の本数を低減させることができる。これにより、建設コストの低減が可能となる。
さらには、基軸鋼管の内径が、内周鋼管の内径より大きいため、内周鋼管から侵入した土砂は、内径の大きい基軸鋼管に侵入する。このとき、鋼管杭内に侵入した土砂は、基軸鋼管の内壁面に向かって進むため、鋼管内での土砂の膨張による鋼管杭の内面における摩擦力の増加を抑えることができる。
上記（２）に記載の鋼管杭によれば、基軸鋼管の外径が、内周鋼管の外径より大きいため、鋼管杭の外周部に排土される土砂が、鋼管杭の外周に沿って流れる。したがって、土砂の流れが円滑になるという効果を得ることができる。
上記（３）に記載の鋼管杭によれば、内周鋼管の基軸鋼管から突出している突出部の長さが、基軸鋼管の外径以下であるため、内周鋼管の内部が、完全に閉塞するのを抑制することができる。
上記（４）に記載の鋼管杭によれば、複数の内周鋼管の内径が、先端から基軸鋼管に向かって大きいため、内周鋼管から侵入した土砂は、内径の大きい内周鋼管に侵入する。このとき、鋼管杭内に侵入した土砂は、内周鋼管の内壁面に向かって進むため、鋼管内での土砂の膨張による鋼管杭の内面における摩擦力の増加を抑えることができる。
上記（５）に記載の鋼管杭によれば、複数の内周鋼管の外径が、先端から基軸鋼管に向かって大きいため、鋼管杭の外周部に排土される土砂が、鋼管杭の外周に沿って流れる。したがって、土砂の流れが円滑になるという効果を得ることができる。
上記（６）に記載の鋼管杭によれば、内周鋼管の先端部には複数の掘削刃が設けられるため、効率良く地盤を掘削することができる。
上記（７）に記載の鋼管杭によれば、外周鋼管を備えているため、外周鋼管より上方の鋼管杭と地盤との摩擦力を低減させることができる。したがって、鋼管杭の外周部に排土される土砂の流れを円滑にすることが可能となる。
上記（８）に記載の鋼管杭によれば、外周鋼管は、基軸鋼管の先端部が突出するように配置されるため、段階的に外形が大きくなるので、鋼管杭の外周部に排土される土砂の流れをより円滑にすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１Ａ】第１の実施の形態にかかる鋼管杭の側面断面図である。
【図１Ｂ】第１の実施の形態にかかる鋼管杭の平断面図である。
【図２】同鋼管杭の内周鋼管の内径に対する内周鋼管の長さの割合の最適範囲を示すグラフである。
【図３】従来の鋼管杭の施工時の施工断面を示す説明図である。
【図４】鋼管杭１施工時の施工断面を示す説明図である。
【図５】第２の実施の形態にかかる鋼管杭の側面断面図である。
【図６】第３の実施の形態にかかる鋼管杭の側面断面図である。
【図７】第４の実施の形態にかかる鋼管杭の側面断面図である。
【図８Ａ】第５の実施の形態にかかる鋼管杭の側面断面図である。
【図８Ｂ】第５の実施の形態にかかる鋼管杭の平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１８】
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態にかかる鋼管杭１の側面断面図であり、図１Ｂは、鋼管杭１の平面図である。図１Ａに示すように、鋼管杭１は、内部に空洞を有する円筒形状の基軸鋼管１０と、内部に空洞を有する内周鋼管１５とを備えている。内周鋼管１５は、基軸鋼管１０の先端部１０ａの内面に設けられ、基軸鋼管１０の先端部１０ａから突出するように配置されている。内周鋼管１５は例えば溶接等によって基軸鋼管１０に固着されている。ここで、基軸鋼管１０の先端部１０ａとは、図１Ａにおいて下方である。
【００１９】
鋼管杭１の内周鋼管１５の内径Ｄｉは基軸鋼管１０の内径Ｄより短い。これにより、基軸鋼管１０の先端部１０ａの内面に内周鋼管１５が配置された構成となっている。ここで、内周鋼管１５の内径Ｄｉを基軸鋼管１０の内径Ｄで除した値（Ｄｉ／Ｄ（％））を先端開口率Ｒとした場合に、先端開口率Ｒは９０〜９５％であることが好ましい。また、鋼管杭１においては、内周鋼管１５の基軸鋼管１０から突出している突出部（図１Ａ中の１５ａ）の長さを先端突出長さＬとした場合に、先端突出長さＬは、鋼管杭１の杭径以下の長さであることが好ましい。ここで、鋼管杭１の杭径とは、基軸鋼管１０の杭径（外径）Ｄａである。
【００２０】
鋼管杭１の施工性および支持力の両方を向上させるためには、上記先端開口率Ｒと先端突出長さＬを好ましい値に規定することが必要である。先端開口率Ｒについては、施工時に土砂が鋼管杭１内に侵入するのを抑制するために、先端開口率Ｒを小さい値に設定することが望ましい。先端開口率Ｒを小さくするには、内周鋼管１５の板厚（鋼管の厚み）を厚くする必要がある。内周鋼管１５の板厚を厚くすると、鋼管杭１の先端１ａの断面積が大きくなり、鋼管杭１の先端１ａの抵抗が増加してしまう。そこで、土砂が鋼管杭１内に侵入するのを、ある程度抑制すると共に、鋼管杭１の先端１ａの抵抗の増加を抑えるという観点から、上述したように、先端開口率Ｒは９０〜９５％であることが好ましい。
【００２１】
内周鋼管１５の長さＬ１については、施工時の内周鋼管１５の損傷を防止し、内周鋼管１５内での土砂の閉塞が助長されるために、比較的短い長さを設定する必要がある。一般的な地盤では、鋼管杭１の杭径の３〜５倍の長さの内周鋼管１５の長さＬ１を有する鋼管杭１を硬い地盤に施工すると、鋼管杭１の先端１ａの閉塞が発生する。すなわち、内周鋼管１５の長さＬ１を鋼管杭１の内周鋼管１５の内径Ｄｉの３倍以下の長さとすることにより、内周鋼管１５内での土砂等により、鋼管杭１の先端１ａが完全に閉塞するのを抑制することが可能となる。したがって、内周鋼管１５の長さＬ１は、鋼管杭１の内周鋼管１５の内径Ｄｉの３倍以下の長さであることが好ましい。一方、内周鋼管１５の長さＬ１を短く設定すると、鋼管杭１内に土砂が侵入するのを抑制する効果が低減する。その結果、内周鋼管１５内における閉塞が顕著に発生し施工荷重の低下が図られなくなってしまう。そこで内周鋼管１５の長さＬ１は、鋼管杭１の内周鋼管１５の内径Ｄｉの０．２倍以上であることが好ましい。図２は、地盤中に杭を回転させながら圧入していく方法で施工した際の、施工抵抗比とＬ１／Ｄｉ（突出長比）の関係を示した図である。施工抵抗比は、先端開口率Ｒが９５％の本実施形態の杭の押し込むための抵抗の、一般的なストレートの鋼管杭を押し込むための抵抗に対する比率である。施工抵抗を考えると、内周鋼管１５の長さＬ１の範囲は０．２≦（Ｌ１／Ｄｉ）≦３．０が好ましく、０．４≦（Ｌ１／Ｄｉ）≦２．０がより好ましく、０．８≦（Ｌ１／Ｄｉ）≦１．４が最も好ましい値である。先端開口率Ｒが９０〜９５％であればこの好ましい範囲は変わらない。
先端突出長さＬに関しては、内周鋼管１５の長さＬ１との関係では、内周鋼管１５がより安定しやすいように、Ｌ≦０．５×Ｌ１の関係が成立することが好ましい。また、鋼管杭１の内周鋼管１５の内径Ｄｉ、基軸鋼管１０の杭径（外径）Ｄａとの関係では、効率よく鋼管内に侵入する土砂を確実に外周に沿って流すために、以下の関係であることが好ましい。すなわち、内周鋼管１５の内周部の先端と基軸鋼管１０の外周部の先端とを結んだ線と、内周鋼管１５の内面とのなす角度θが、４５度以下の角度となっていることが望ましく、先端突出長さＬが（Ｄａ−Ｄｉ）以上であることが好ましい。したがって、（Ｄａ−Ｄｉ）≦Ｌ≦０．５×Ｌ１を満たすように先端突出長さＬを選択することが好ましい。
【００２２】
以下、従来の鋼管杭１００の施工時と本実施の形態にかかる鋼管杭１の施工時とについて図面を参照して比較し、本実施の形態にかかる鋼管杭１を用いて施工を行う場合の作用効果について説明する。図３は従来の鋼管杭１００施工時の施工断面を示す説明図である。また、図４は本実施の形態にかかる鋼管杭１を施工する時の施工断面を示す説明図である。図４に示す鋼管杭１の構成は図１Ａで示した鋼管杭１と同様の構成であるため、その説明は省略する。また、図３に示す従来の鋼管杭１００は内部に空洞を有する円筒形状の単一の鋼管である。
【００２３】
図３に示すように、従来の鋼管杭１００の施工時には（鋼管杭の施工方向を図３の矢印Ａで示す）、図３の矢印Ｂで示すように土砂が流れ、鋼管１１０内に土砂が侵入する。土砂と鋼管１１０の内面との摩擦により、次第に土砂が締め固まり鋼管１１０の先端が閉塞状態となる。原地盤の密度が高い場合には、掘削された土砂が鋼管１１０内に侵入する際に膨張しようとするが、鋼管１１０の内面によって拘束されるため、鋼管１１０の内面との間で高い摩擦力（図３の矢印Ｃ）が発揮される。従って施工荷重が非常に大きくなり支持層に鋼管１１０が到達する前に鋼管１１０の先端が閉塞してしまう等、施工性の面で問題がある。
【００２４】
一方、図４に示すように、基軸鋼管１０の先端部１０ａの内面に内周鋼管１５が設けられている。このため、本実施の形態にかかる鋼管杭１の施工時には（鋼管杭の施工方向を図４の矢印Ａで示す）、鋼管杭１の開口面積が狭く、図４の矢印Ｂで示すように土砂が流れ、施工時の鋼管内への土砂の侵入が抑制される。さらに、基軸鋼管１０と内周鋼管１５の内径は異なっている。具体的には、鋼管杭１上方（施工方向を下方とした場合）に配置された基軸鋼管１０の内径Ｄが、内周鋼管１５の内径Ｄｉより大きくなっているため、鋼管内での土砂の膨張による鋼管杭１の内面における摩擦力（図４の矢印Ｃ）の増加が抑えられる。従って、鋼管杭１を施工する時に大きな地盤抵抗が発生することによる施工荷重の増加が抑制され、施工性の向上が図られる。さらに、鋼管杭１の施工時には、図４の矢印Ｂ１に示すように、掘削と共に土砂が鋼管杭１の外周部に排土される（押しのけられる）。これにより、鋼管杭１の外周部の地盤密度が増加するので、鋼管杭１の特に先端部１ａ（図４における下端部）周辺の地盤が締め固まり、施工後に大きな支持力が発揮されることとなる。
【００２５】
即ち、鋼管杭１の形状が、先端１ａに向かって内径が小さく絞れていく楔形であるため、鋼管杭１を地盤に対し垂直に、例えば回転・振動を与えて施工することで、鋼管杭１内への土砂の侵入を抑制すると共に、鋼管杭１の外周部に土砂を排土することができる。これにより、鋼管杭１内の地盤（土砂）密度を低減させ、鋼管杭１の外周部の地盤密度を増加させることができる。これにより、建築物や橋梁構造物等を建造する際の施工性が向上する。さらに、使用する基礎杭（鋼管杭１）の支持力が増加するため、使用する基礎杭の寸法の縮小や本数の低減が実現され、コスト削減が図られる。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。当業者であれば、請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。以下には本発明の他の実施の形態について図面を参照して説明する。上記第１の実施の形態と同一の構成要素については同一の符号を用いて説明する。
【００２７】
図５は、本発明の第２の実施の形態にかかる鋼管杭２０の側面断面図である。図５に示すように、鋼管杭２０は、内部に空洞を有する円筒形状の基軸鋼管１０と、内部に空洞を有する円筒形状の第１の内周鋼管（鋼管）２４と、内部に空洞を有する円筒形状の第２の内周鋼管（鋼管）２５とを備えている。
第１の内周鋼管２４は、基軸鋼管１０の先端部１０ａ（図５中の基軸鋼管１０下方の端部）から突出するように配置されている。また、第２の内周鋼管２５は、第１の内周鋼管２４の先端部２４ａ（図５中下方）から突出するように配置されている。
第１，第２の内周鋼管２４，２５の内径Ｄ１，Ｄ２は、先端２０側に配置された第２の内周鋼管２５から基軸鋼管１０側に配置された第１内周鋼管２４に向かって大きい。具体的には、第１の内周鋼管２４の内径Ｄ１は、基軸鋼管１０の内径Ｄより小さく、第２の内周鋼管２５の内径Ｄ２は、第１の内周鋼管２４の内径Ｄ１より小さい。即ち、鋼管杭２０は、基軸鋼管１０、第１の内周鋼管２４及び第２の内周鋼管２５が先端２０ａに向かって（図５中下方）順次突出した構成である。各鋼管同士の固着は例えば溶接によって行われる。このとき、図１Ａでの内周鋼管１５の内径Ｄｉに相当する径は、Ｄ１とＤ２とを平均した値である（Ｄ１＋Ｄ２）／２である。図１Ａでの内周鋼管１５の長さＬ１に相当する長さは、図５に示すＬ２である。図１Ａでの内周鋼管１５の内周部の先端は図５に示す点Ａである。
【００２８】
例えば、鋼管杭の寸法を外径１０００ｍｍ、板厚２２ｍｍとした場合に、第１の実施形態にもとづき、先端開口率を９０〜９５％とするためには、内周鋼管１５の板厚は２４〜４８ｍｍと非常に厚くなる。内周鋼管１５の板厚が厚くなると、内周鋼管１５の加工や溶接手間が大きくなる。また、施工時の先端が閉塞する前の先端抵抗力は、内周鋼管の断面積の影響を受けるために、施工時の抵抗が大きくなることがある。したがって、内周鋼管の板厚は薄い方が好ましい。そこで、鋼管杭２０を用いた場合、基軸鋼管１０、第１の内周鋼管２４及び第２の内周鋼管２５と３つの鋼管を備えているため、上記第１の実施の形態にかかる鋼管杭１に比べ、それぞれの内周鋼管２４，２５の板厚が薄くなる。これにより、内周鋼管２４，２５の加工や溶接手間を低減することができる。また、施工時の先端抵抗には、第２の内周鋼管２５の断面積が影響を及ぼすために、先端抵抗も低減できる。さらには、鋼管杭２０の形状が、先端２０ａに向かって内径が小さく絞れていく楔形形状であるため、施工時に地盤（土砂）を鋼管杭外周部に排土する効果が顕著となり、施工後の支持力を増加することができる。
【００２９】
図６は、本発明の第３の実施の形態にかかる鋼管杭３０の側面断面図である。図６に示すように、鋼管杭３０は、内部に空洞を有する円筒形状の基軸鋼管１０と、内部に空洞を有する円筒形状の内周鋼管３４とを備える。
内周鋼管３４は、基軸鋼管１０の先端部１０ａ（図６中の基軸鋼管１０下方の端部）から突出するように配置されている。また、内周鋼管３４の先端部３４ａの外縁（図６中下端部外縁）が、テーパ形状となるように成形されている。さらに、内周鋼管３４の板厚は、基軸鋼管１０の板厚よりも厚い。
鋼管杭３０の構成は、上記実施の形態にかかる鋼管杭１と同様であり、内周鋼管３４の先端部３４ａの形状においてのみが異なる。従って鋼管杭３０における好ましい先端開口率等も鋼管杭１と同様であり、それについての説明はここでは省略する。
【００３０】
上記第２の実施の形態における説明で記載したように、内周鋼管を１段とした場合には、内周鋼管の厚みが厚くなり、鋼管杭の先端の抵抗が大きくなる。しかしながら、鋼管杭３０を用いた場合、内周鋼管３４の厚みは厚いが、先端部３４ａはテーパ形状に形成されていることから、施工時の内周鋼管３４の先端部３４ａの抵抗を低減させることができる。また、鋼管杭３０内への土砂の侵入をより効率的に抑制すると共に、鋼管杭３０の外周部に土砂を排土することができる。すなわち、鋼管杭３０内の土砂密度を低減し、鋼管杭３０外周部の地盤密度を増加させることができる。これにより、施工性の向上や施工コストの低減が実現される。上記第１の実施の形態の鋼管杭１の内周鋼管１５の先端部や、上記第２の実施の形態にかかる鋼管杭２０においても、第１の内周鋼管２４または第２の内周鋼管２５の先端部の外縁がテーパ形状となるような構成をとることも考えられる。
【００３１】
図７は、本発明の第４の実施の形態にかかる鋼管杭４０の側面断面図である。図７に示すように、鋼管杭４０は、内部に空洞を有する円筒形状の基軸鋼管１０と、内部に空洞を有する内周鋼管１５と、外周鋼管４４とを備えている。
内周鋼管１５は、基軸鋼管１０の先端部１０ａ（図７において下方を先端部とする）の内面に設けられ、基軸鋼管１０の先端部１０ａから突出するように配置されている。また、外周鋼管４４は、基軸鋼管１０の先端部１０ａの近傍の外周面に配置されている。即ち、基軸鋼管１０が外周鋼管４４から先端部１０ａに向かって（図７下方）に突出するような構成となっている。鋼管杭４０の構成は、外周鋼管４４を備えている点以外の構成については第１の実施の形態にかかる鋼管杭１と同様の構成である。
【００３２】
鋼管杭４０を用いた場合、外周鋼管４４より上方の鋼管杭と地盤との摩擦力を低減する効果を発揮することに加え、鋼管杭４０の外周部に排土される土砂の流れが、外周鋼管４４によって鋼管杭４０の外方に向かう。これにより、土砂の流れがよりスムーズになるという効果がある。また、外周鋼管４４の設置に伴い施工時の支持力に寄与する面積が増大し、支持力の向上が実現される。
また、外周鋼管４４の位置はこれに限らず、例えば、基軸鋼管１０の先端部１０ａを覆うように設けられていても良い。
【００３３】
図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の第５の実施の形態にかかる鋼管杭５０の説明図であり、図８Ａは側面断面図であり、図８Ｂは平面図である。図８Ａに示すように、鋼管杭５０は、内部に空洞を有する円筒形状の基軸鋼管１０と、内部に空洞を有する円筒形状の内周鋼管５４と、上記第４の実施の形態と同様に配置される外周鋼管４４とを備えている。本実施形態において、外周鋼管４４は必ずしも備えていなくても良い。
内周鋼管５４は、基軸鋼管１０の先端部１０ａの内面に設けられ、基軸鋼管１０の先端部１０ａから突出するように配置されている。また、内周鋼管５４の先端部５４ａ（図８Ａ中の下端部）には、掘削刃５５が取り付けられており、掘削刃５５は、図８Ｂに示すように、内周鋼管５４の先端部５４ａの円周上の４ヶ所に等間隔（９０°間隔）で配置されている。なお、本実施の形態では掘削刃５５は４ヶ所に配置されるものとしたが、必要に応じて好適な配置箇所・配置数でもって設置することが望ましい。
【００３４】
鋼管杭の施工方法としては、主に打撃・振動工法または回転圧入工法が挙げられるが、騒音・振動規制がある場所においては、打撃・振動工法の利用は制限されるため回転圧入工法が用いられる。本実施の形態にかかる鋼管杭５０は回転圧入工法に適した形態の鋼管杭であり、回転時に掘削刃５５によって地盤が掘削されることで鋼管杭５０の施工が行われる。
【００３５】
従って、本実施の形態にかかる鋼管杭５０を、回転圧入工法を用いて施工した場合には、地盤の掘削が効率的に行うことができるとともに、上述した各実施の形態と同様に施工性の向上や施工コストの低減が実現される。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、建築物や橋梁構造物等の土木建築分野の基礎杭に使用される鋼管杭に関する。特に、打撃・振動工法または回転圧入工法により施工する鋼管杭に適用できる。
【符号の説明】
【００３７】
１、２０、３０、４０、５０…鋼管杭
１０…基軸鋼管
１５…内周鋼管
２４…第１の内周鋼管
２５…第２の内周鋼管
３４…内周鋼管
４４…外周鋼管
５４…内周鋼管
５５…掘削刃
【図１Ａ】
2011090055.tif 000003
【図１Ｂ】
2011090055.tif 000004
【図２】
2011090055.tif 000005
【図３】
2011090055.tif 000006
【図４】
2011090055.tif 000007
【図５】
2011090055.tif 000008
【図６】
2011090055.tif 000009
【図７】
2011090055.tif 000010
【図８Ａ】
2011090055.tif 000011
【図８Ｂ】
2011090055.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成23年9月26日(2011.9.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造物の基礎杭として用いられる鋼管杭であって、
内部に空洞を有する円筒形状の基軸鋼管と；
内部に空洞を有し、前記基軸鋼管の先端部の内面に設けられ、前記基軸鋼管の先端部から突出するように配置される円筒形状の内周鋼管と；
を備え、
前記基軸鋼管の内径が前記内周鋼管の内径より大きく、
前記基軸鋼管の外径が、前記内周鋼管の外径より大きく、
前記基軸鋼管から突出している前記内周鋼管の突出部の長さが、前記基軸鋼管の外径以下であることを特徴とする鋼管杭。
【請求項２】
前記内周鋼管が、内径の異なる複数の鋼管で構成され；
前記複数の鋼管が、それぞれの先端部から突出するように配置され；
前記複数の鋼管の内径が、先端側に配置された前記鋼管から前記基軸鋼管側に配置された前記鋼管に向かって大きい；
ことを特徴とする請求項１に記載の鋼管杭。
【請求項３】
前記複数の鋼管の外径が、先端側に配置された前記鋼管から前記基軸鋼管側に配置された前記鋼管に向かって大きいことを特徴とする請求項２に記載の鋼管杭。
【請求項４】
前記内周鋼管の先端部には複数の掘削刃が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鋼管杭。
【請求項５】
内部に空洞を有する円筒状の外周鋼管をさらに備え；
前記外周鋼管が、前記基軸鋼管の外周面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の鋼管杭。
【請求項６】
前記基軸鋼管が、前記外周鋼管に対して突出するように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の鋼管杭。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決して係る目的を達成するために以下の手段を採用した。
すなわち、
（１）本発明の一態様に係る鋼管杭は、
構造物の基礎杭として用いられる鋼管杭であって、内部に空洞を有する円筒形状の基軸鋼管と；内部に空洞を有し、前記基軸鋼管の先端部の内面に設けられ、前記基軸鋼管の先端部から突出するように配置される内径及び外径が一定である円筒形状の内周鋼管と；を備え、前記基軸鋼管の内径が前記内周鋼管の内径より大きく、前記基軸鋼管の外径が、前記内周鋼管の外径より大きく、前記基軸鋼管から突出している前記内周鋼管の突出部の長さが、前記基軸鋼管の外径以下である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
（２）上記（１）に記載の鋼管杭は、前記内周鋼管が、内径の異なる複数の鋼管で構成され；前記複数の鋼管が、それぞれの先端部から突出するように配置され；前記複数の鋼管の内径が、先端側に配置された前記鋼管から前記基軸鋼管側に配置された前記鋼管に向かって大きい；ことが好ましい。
（３）上記（２）に記載の鋼管杭は、前記複数の鋼管の外径が、先端側に配置された前記鋼管から前記基軸鋼管側に配置された前記鋼管に向かって大きいことが好ましい。
（４）上記（１）に記載の鋼管杭は、前記内周鋼管の先端部には複数の掘削刃が設けられていることが好ましい。
（５）上記（１）に記載の鋼管杭は、内部に空洞を有する円筒状の外周鋼管をさらに備え；前記外周鋼管が、前記基軸鋼管の外周面に設けられていることが好ましい。
（６）上記（５）に記載の鋼管杭では、前記基軸鋼管が、前記外周鋼管に対して突出するように配置されていることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
上記（１）に記載の鋼管杭によれば、鋼管杭の施工時に、特に先端が閉塞するのを抑制することにより、施工荷重を低下させ、施工性を向上させると共に、施工後に大きな鉛直支持力を発揮する鋼管杭を提供することができる。即ち、鋼管杭の施工方法である打撃・振動工法または回転圧入方法において、施工時の地盤抵抗、特に、鋼管杭の先端の抵抗を低減し、施工荷重を低減させることにより、小さな施工重機によって施工が可能となる。さらには施工期間の短縮も実現することができ、基礎杭の施工コストの低減が図られる。また、上記（１）に記載の鋼管杭の施工後には、大きな支持力を発揮できることから、例えば建築物や橋梁構造物等の基礎杭に用いる鋼管杭の寸法の縮小が図られるとともに、使用する鋼管杭の本数を低減させることができる。これにより、建設コストの低減が可能となる。
さらには、基軸鋼管の内径が、内周鋼管の内径より大きいため、内周鋼管から侵入した土砂は、内径の大きい基軸鋼管に侵入する。このとき、鋼管杭内に侵入した土砂は、基軸鋼管の内壁面に向かって進むため、鋼管内での土砂の膨張による鋼管杭の内面における摩擦力の増加を抑えることができる。
また、基軸鋼管の外径が、内周鋼管の外径より大きいため、鋼管杭の外周部に排土される土砂が、鋼管杭の外周に沿って流れる。したがって、土砂の流れが円滑になるという効果を得ることができる。
さらに、内周鋼管の基軸鋼管から突出している突出部の長さが、基軸鋼管の外径以下であるため、内周鋼管の内部が、完全に閉塞するのを抑制することができる。
上記（２）に記載の鋼管杭によれば、複数の内周鋼管の内径が、先端から基軸鋼管に向かって大きいため、内周鋼管から侵入した土砂は、内径の大きい内周鋼管に侵入する。このとき、鋼管杭内に侵入した土砂は、内周鋼管の内壁面に向かって進むため、鋼管内での土砂の膨張による鋼管杭の内面における摩擦力の増加を抑えることができる。
上記（３）に記載の鋼管杭によれば、複数の内周鋼管の外径が、先端から基軸鋼管に向かって大きいため、鋼管杭の外周部に排土される土砂が、鋼管杭の外周に沿って流れる。したがって、土砂の流れが円滑になるという効果を得ることができる。
上記（４）に記載の鋼管杭によれば、内周鋼管の先端部には複数の掘削刃が設けられるため、効率良く地盤を掘削することができる。
上記（５）に記載の鋼管杭によれば、外周鋼管を備えているため、外周鋼管より上方の鋼管杭と地盤との摩擦力を低減させることができる。したがって、鋼管杭の外周部に排土される土砂の流れを円滑にすることが可能となる。
上記（６）に記載の鋼管杭によれば、外周鋼管は、基軸鋼管の先端部が突出するように配置されるため、段階的に外形が大きくなるので、鋼管杭の外周部に排土される土砂の流れをより円滑にすることが可能となる。
【国際調査報告】
2011090055.tif 000013
2011090055.tif 000014
2011090055.tif 000015
2011090055.tif 000016